Главная
Кристаллы могут образовываться из жидких, газообразных и твердых фаз. Известны следующие способы образования кристаллов:
- кристаллизация из растворов, примером могут служить мощные отложения солей на дне озер и периодически высыхающих заливов, залежи каменных солей в Донбассе, Соликамские месторождения калийных солей и др.;
- кристаллизация из растворов происходит при охлаждении вещества до точки его затвердения — образование гранитов и других горных пород в результате застывания огненно-жидкого расплава — магмы;
- кристаллизация из газообразного состояния происходит при резком понижении температуры и резком повышении давления. В природе из паров образуются снежинки, иней и морозные узоры на оконных стеклах;
- кристаллизация из твердого состояния, примером может служить получение крупнокристаллических агрегатов или крупных монокристаллов металла из его тонкокристаллических агрегатов;
- зарождение кристаллов в результате переохлаждения или пересыщения кристаллизующейся среды при условии удаления из нее твердых частиц.
Более подробно зарождение, рост и растворение кристаллов рассмотрено ниже на примере алмаза.
С древних времен ученые старались объяснить происхождение этого удивительного минерала. Научно обоснованная гипотеза происхождения алмаза была разработана только после открытия коренных месторождений. Согласно этой гипотезе, образование кристаллов алмаза связано с кристаллизацией расплавленной магмы на больших глубинах при очень больших давлениях.
По предположению ученых, углерод растворялся в магме до полного ее насыщения. Количество углерода, растворенного в магме, зависело от состава последней и от ее температуры. При охлаждении магма уже не могла содержать прежнее количество углерода, и последний постепенно выделялся из нее в виде кристаллов чистого углерода — алмаза. Выделение углерода происходило по следующей формуле 2СО <—> СО2 + С, причем углекислота восстанавливалась под действием свободного водорода и выделяющихся из магмы углеводородов.
Кристаллизация алмазов происходила на ранней стадии развития кимберлитовой магмы. Обосновывая данную гипотезу, академик В.С. Соболев приводит следующие доводы:
- наличие обломков кристаллов алмаза в кимберлитовой брекчии, особенно в тех случаях, когда обломки одного и того же кристалла находились в разных местах трубки;
- присутствие в кристаллах алмаза включений минералов, которые должны были разрушиться в последние этапы движения кимберлитовой магмы к поверхности, но сохранились благодаря алмазной оболочке, защищавшей их от разрушения;
- следы графитизации алмаза, которые показывают, что его кристаллизация происходила при температуре около 1200° С, т. е. до того, как кимберлитовая магма проникла в трубку, где температура была значительно ниже.
При этом кристаллы алмаза образовывались, свободно плавая в расплаве магмы, что и позволило им покрыться со всех сторон естественными гранями. На поверхности кристалла алмаза, находящегося в расплаве, происходило одновременно два процесса: процесс кристаллизации, т. е. отложение на гранях новых частиц, и процесс растворения. Эти два процесса при разных условиях присутствовали в большей или меньшей степени. Если больше частиц откладывалось — кристалл рос, каждая его грань постепенно отодвигалась от центра параллельно самой себе, в направлении нормали — перпендикуляра, проведенного к грани из точки зарождения. Таким образом, скоростью роста некоторой грани называется величина нормального к ее плоскости отрезка, на который данная грань перемещается в единицу времени. Так как при росте кристалла его грани перемещаются параллельно самим себе, то углы между двумя любыми гранями остаются постоянными.
Неравномерность роста граней приводила к тому, что одни грани кристалла увеличивались в размерах, а других постепенно зарастали. Если большее количество частиц переходило обратно в расплав, грани кристалла растворялись. Согласно закону растворения кристаллов, сначала исчезали вершины и ребра, грани образовывали округлые поверхности, ребра становились кривыми, вершины притуплялись.
Самые ранние стадии растворения кристаллов алмаза характеризовались появлением на них фигур травления. Формы растворения представляют интерес, так как они могут дать сведения об условиях образования кристаллов. При растворении особенно четко выявляются дефекты строения кристаллов.
Выкристаллизовавшийся алмаз вместе с расплавленной магмой переживал все геологические процессы, которые она испытывала при движении к поверхности земли. Подъем магмы сопровождался грандиозными взрывами, давление магмы прорывало горные породы. Освободившись от давления при выходе из глубин, магма застывала, выход закупоривался, в результате чего вновь повышалось давление, возникал новый взрыв — и так до самого выхода на поверхность. Этими взрывами объясняются формы коренных алмазных месторождений в виде вертикальных труб, расширяющихся кверху.
Кроме вышеуказанной гипотезы генезиса алмаза высказан еще целый ряд гипотез, наиболее достоверной из которых является гипотеза Ю.А. Литвинова, который описал предполагаемый ход процесса кристаллизации алмаза в природных условиях:
- образование глубинного магматического очага (углерод из твердого состояния переходит в раствор);
- в растворе магмы повышается концентрация углерода, в результате чего происходит самопроизвольное образование центров кристаллизации и начинается рост образовавшихся кристаллов алмаза;
- за счет роста кристаллов алмаза концентрация углерода в растворе магмы падает и образование новых центров кристаллизации прекращается.
Однако наличие среды алмазов различных разновидностей кристаллов и зернистых агрегатов свидетельствует о более сложном этапе кристаллизации алмаза. На ранних стадиях, когда расплав достигает пересыщения углеродом, возникают обычные кристаллы алмаза. Изменение степени пересыщения расплава углеродом и колебания температуры сказываются на морфологии кристаллов алмаза. При малых степенях пересыщения магматического расплава раствором углерода рост кристаллов замедляется и образуются плоскогранные острореберные октаэдрические кристаллы. При больших пересыщениях и быстром росте кристаллов возникают октаэдры со ступенчато-пластинчатым строением граней и разнообразные комбинационные формы.
Позднее основного количества кристаллов алмаза образуются зернистые агрегаты и другие разновидности. В самую позднюю стадию образуются алмазные оболочки с субмикроскопическими включениями, нарастающие как на обычные прозрачные кристаллы, так и на зернистые агрегаты.
